CN117353351A - 源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，该系统包含消防用水的气水共容箱、生活用水的气水共容箱、低压承压储气囊、压缩机系统、透平发电机系统及阀门组成，消防用水的气水共容箱和生活用水的气水共容箱内设置高压承压储气囊。本发明用于建筑楼宇的储能系统，利用电网的峰谷电价差值及新能源电量的波动性，将能源储存于负荷侧，参与电力系统的削峰填谷，保障区域电网的稳定性，循环介质为惰性气体亦可作为楼宇建筑和电化学储能的灭火介质，参与储能过程中的消防水和生活水同步完成增压储能。本发明安全可靠、实用性强，有很好的经济效益和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统。
背景技术
众所周知，随着新能源大规模接入，电力系统将呈现显著的“双侧随机性”和“双峰双高”的“三双”特征，为保证电力系统安全稳定高效运行，必须加速推进源网荷储一体化和多能互补发展，通过多能互补综合能源系统建设，保障大规模新能源顺利消纳。电力源网荷储一体化和多能互补作为提升电力发展质量和效率的重要抓手，符合新一代电力系统的建设方向，符合能源电力绿色低碳发展的相关要求，有助于促进非化石能源加快发展，提高我国在应对气候变化中的自主贡献度，提升能源清洁利用水平、电力系统运行效率和电力供应保障能力。
当前电力系统存在清洁能源开发消纳比例较低、系统调节能力不足、各类电源统筹协调不够、源网荷协调不充分等问题。城市中的社区、建筑群体用能约占负荷侧用能的40%，目前负荷侧储能可用的技术为电化学储能，储能技术单一，特别是电化学储能的易燃易爆特性导致负荷侧储能难以实施。此外，负荷侧建筑群体内鲜有储能设施，造成负荷侧能源消纳匹配度低，对新能源波动性应对能力较差。
发明内容
本发明的目的是针对电力源网荷储一体化中负荷侧楼宇建筑群体用能与电网供能不匹配，能源利用经济性差、仅能采用危险系数高的电化学单一储能弊端，提供一种楼宇负荷侧综合储能系统，提高能源利用的经济性和可持续性，且用惰性介质气体提高建筑楼宇的安全性。为此，本发明采用以下技术方案：
源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于包含气水共容箱、低压承压储气囊、压缩机、透平发电机、太阳能加热管板、储能电池和充电桩；所述气水共容箱包括生活用水气水共容箱和消防用水气水共容箱；气水共容箱内设置高压承压储气囊；
低压承压储气囊设置进出气管路，所述气水共容箱设置进出水管路和高压气体进出气管路，高压承压储气囊与高压气体进出气管路连接；所述压缩机设置气体进气管路和高压气体出气管路；透平发电机设置高压气体进气管路和气体出气管路；各管路分别设置关断阀组；
低压承压储气囊的进出气管路与透平发电机的气体出气管路和压缩机的气体进气管路连接，压缩机的高压气体出气管路和透平发电机的高压气体进气管路与高压气体进出气管路连接；
生活用水气水共容箱设置热平衡装置，所述热平衡装置的热源来自压缩后产生高温的高压气体以及太阳能加热管板与生活用水气水共容箱之间的水循环。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：
所述压缩机的供电来源于区域电网的谷电电力或新能源电力；所述楼宇负荷侧综合储能系统的储能工况包括以下流程：关闭透平发电机的高压气体进气管路和气体出气管的阀，打开低压承压储气囊的进出气管路上的阀，打开压缩机的气体进气管路和高压气体出气管路上的阀，打开气水共容箱的高压气体进出气管路上的阀；利用谷电电力或新能源电力来驱动压缩机压缩气体，压缩后的高压气体储存于气水共容箱体的高压承压储气囊内；
所述楼宇负荷侧综合储能系统的发电工况包括以下流程：打开透平发电机的高压气体进气管路和气体出气管路的阀，打开低压承压储气囊的进出气管路上的阀，打开气水共容箱的高压气体进出气管路上的阀，关闭压缩机的气体进气管路和高压气体出气管路上的阀；利用释放气水共容箱内的高压气体冲击透平发电机发电，做功后的乏气存储于低压承压储气囊中。
所述生活用水气水共容箱设置气侧变容区域和液侧变容区域，气侧变容区域和液侧变容区域间设置所述换热平衡装置，平衡压缩后的高压热气体与生活用水之间的温差，加热生活用水。进一步地，消防用水气水共容箱设置气侧变容区域和液侧变容区域，气侧变容区域和液侧变容区域间设置换热平衡装置，防止消防用水结冰，所述消防用水气水共容箱的热平衡装置的热源来自压缩后产生高温的高压气体以及太阳能加热管板与消防用水气水共容箱之间的水循环。
所述换热平衡装置包括热管，所述高压承压储气囊依靠气水共容箱内支撑结构悬吊于气水共容箱内部；所述气水共容箱设置多组悬挂装置，热管与悬挂装置连接，被悬挂设置。
所述悬挂装置包括吊索，热管的上部与吊索连接，其下部插入高压承压储气囊中；热管的中部与高压承压储气囊密封连接，热管既实现悬吊功能又实现温差平衡。
所述低压承压储气囊布置于楼宇顶部，并配置气囊架框结构，所述低压承压储气囊设置在气囊框架中；所述气囊框架呈阵列式地排布设置，一一安装固定各个低压承压储气囊，并且，所述气囊框架的顶部形成平台，上部设置气水共容箱、压缩机和透平发电机。
所述气体为惰性气体，惰性气体可供楼宇消防用，所述楼宇综合储能系统流通高压惰性气体的管路设置消防气体旁路管道。
气水共容箱内设置气体连接管路，气体连接管路一端与高压气体进出气管路连接，另一端和高压承压储气囊连接，气体连接管路设置为换热器中流通高压气体的管路。
所述低压承压储气囊采用抗环境污染腐蚀材料，高压承压储气囊采用多层结构，并采用承压、防撕裂性能材料。
本发明具有以下有益技术效果：
首先，本发明将谷电或新能源电力储存于负荷侧的楼宇建筑体内，解决了负荷侧能源消纳匹配度低和对新能源波动性应对能力较差的技术难题，最大限度的储存了能源，确保负荷侧电网用能稳定性。
其次，本发明充分利用了建筑楼宇结构特性，利用气水共容箱体替代了现有顶层的消防水箱和生活水箱，同时给消防水和生活水加压，确保高层建筑供水可靠性。
第三、本发明充分发掘了建筑楼宇负荷侧储能的潜力，同时设置的气体储能和电化学储能等多能储能，极大地提高了负荷侧储能能力。
第四、本发明循环压缩储能工作采用的是惰性气体，其气体性能稳定，应用可采用二氧化碳、氮气等多种惰性气体单一气体或多种气体组合方式作为储能介质。压缩后的高压惰性气体也可以用于楼宇和电化学储能电池的消防灭火用气，增加了楼宇能源系统的安全性和可靠性。
第五、本发明采用零碳用能理念构建，采用谷电或新能源电力供能，保障了区块负荷侧用能稳定性和电网稳定性，为未来社区和城市楼宇提供零碳能源解决方案。
附图说明
图1是本发明源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统的系统示意图。
图2是本发明气水共容箱的结构示意图。
图3是本发明生活用水气水共容箱和消防用水气水共容箱的纵剖面图。
图4是本发明生活用水气水共容箱的横剖面图。
图5是本发明热管与高压承压储气囊连接示意图。
具体实施方式
参照附图，本发明提供的一种源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其将楼宇的生活用水箱和消防用水箱分别设置为气水共容箱，也即生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2。所述楼宇负荷侧综合储能系统包括生活用水气水共容箱1、消防用水气水共容箱2、低压承压储气囊组、压缩机4、透平发电机5、储能电池6、充电桩7。低压承压储气囊组含有多个并联的低压承压储气囊3。储能电池6可采用化学能储能电池6。循环气体介质采用惰性气体。
生活用水气水共容箱1设置有楼宇生活用水的进水管道、出水管路、相应的阀及液位器115，其中，附图标号117为进水口，附图标号118为出水口。
生活用水气水共容箱1设置高压气体进出气管路10。高压气体进出气管路10上设置入口电动蝶阀101、电动速关阀102、过滤器103、压力表104、电动蝶阀105。
生活用水气水共容箱1箱内设有吊耳107、吊索108、高压承压储气囊109、多根热管110、惰性气体换热器111。所述吊耳107位于箱内顶部，吊耳107连接吊索108，所述热管110的上部位于生活用水气水共容箱1内的水体中，下部插入所述高压承压储气囊109内，热管110尾部设有吊环而与吊索108连接，中部与高压承压储气囊109通过连接套116连接，连接套116的两端分别与高压承压储气囊109及热管110胶连密封，并且热管中部设置凹区而能与高压承压储气囊109卡接，卡接部位用胶连密封，实现热管110定位和密封。由此，所述热管110上部与吊索108连接而被悬吊设置，下部插入所述高压承压储气囊109内而在上下方向上被约束而又适配于气囊109的因压力变化而产生的形状变化和局部移动。在生活用水气水共容箱1箱内设置气体连接管路，气体连接管路一端与高压气体进出气管路10连接，另一端和高压承压储气囊109连接，气体连接管路设置为换热器111中流通高压气体的管路，所述换热器111可以是管式换热器、板式换热器或其他形式换热器，在向高压承压储气囊109进气时，可以先利用气水共容箱的水换热降温，避免高温影响高压承压储气囊109。
太阳能加热管板114吸收太阳能而加热水并与生活用水气水共容箱1中的水进行循环，太阳能加热管板114可以设置在生活用水气水共容箱1顶部。被加热的水进行透平发电机发电时，能够提高发电效率。
生活用水气水共容箱1的底部设置弹簧支座112和排污口113。生活用水气水共容箱1还设置检修人孔106。
消防用水气水共容箱2设置有楼宇消防用水的进出水管路、相应的阀及液位器，其中，附图标号217为进水口，附图标号218为出水口。
消防用水气水共容箱2设置高压气体进出气管路20。高压气体进出气管路20上设置入口电动蝶阀201、电动速关阀202、过滤器203、压力表204、电动蝶阀205。
消防用水气水共容箱2箱内设有吊耳207、吊索208、高压承压储气囊209、热管210、惰性气体换热器211。所述吊耳207位于箱内顶部，吊耳107连接吊索208，所述热管210的上部位于消防用水气水共容箱2内的水体中，下部插入所述高压承压储气囊209内，所述热管210尾部设置吊装末端设有吊环于吊索208连接，中部与高压承压储气囊209通过连接套216连接，连接套216的两端分别与高压承压储气囊209及热管210胶连密封，并且热管中部设置凹区而能与高压承压储气囊209卡接，卡接部位用胶连密封，实现热管110定位和密封。所述热管210被悬吊设置，其上部与吊索208连接，下部插入所述高压承压储气囊209内而在上下方向上被约束而又适配于气囊209的因压力变化而产生的形状变化和局部移动。在消防用水气水共容箱2箱内设置气体连接管路，气体连接管路一端与高压气体进出气管路20连接，另一端和高压承压储气囊209连接，气体连接管路设置为换热器211中流通高压气体的管路，所述换热器211可以是管式换热器、板式换热器或其他形式换热器，在向高压承压储气囊209进气时，可以先利用气水共容箱的水换热降温，避免高温影响高压承压储气囊209。
太阳能加热管板214吸收太阳能而加热水并与消防用水气水共容箱2中的水进行循环，太阳能加热管板214可以设置在消防用水气水共容箱2顶部。
消防用水气水共容箱2中的水保持一定的温度，可以避免消防用水结冰，保证消防安全，被加热的水进行透平发电机发电时，能够提高发电效率。
消防用水气水共容箱2的底部设有弹簧支座212和排污口213。消防用水气水共容箱2还设置检修人孔206。
低压承压储气囊3可根据储存气量设置为多组，由进出气总管路30汇总。低压承压储气囊3设置进出气支路31，各排气支路31连接进出气总管路30，进出气支路31上设有单元阀301，进出气总管路30上设有安全阀302和电动蝶阀303。所述低压承压储气囊3布置于楼宇顶部，位于生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2的近旁，并配置气囊钢架框304，所述低压承压储气囊设置在气囊钢架框304中。优选地，所述气囊钢架框304可以呈阵列式地排布设置，一一安装固定各个低压承压储气囊3，并且，该气囊钢架框304的顶部形成平台306，设置生活用水气水共容箱1、消防用水气水共容箱2，形成一体化系统设备，方便维修和节约占地面积。平台外侧具有平台走廊，方便检修，附图标号305为进入平台走廊的平台扶梯。压缩机系统、透平发电机系统也可设置在气囊钢架框304旁的楼宇顶部。所述化学储能电池可设置于楼宇地下室，充电桩设置于楼宇地下室或楼宇地坪，化学储能电池规模满足配套充电桩用电需求。充电桩连接电网和所述储能电池，在峰值电价阶段的充电电源来源于蓄电池，亦可在晚间可以利用谷电。
压缩机4设置惰性气体进气管路41和高压惰性气体出气管路42，惰性气体进气管路41与低压承压储气囊3的进出气总管路30连接。惰性气体进气管41上设置入口电动蝶阀401、电动速关阀402、过滤器403，高压惰性气体出气管42上设置止回阀404和电动蝶阀405。高压惰性气体出气管42与生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2的高压气体进出气管路10、20连接。
透平发电机5设置高压惰性气体进气管路51和惰性气体出气管路52。高压惰性气体进气管路51与生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2的高压气体进出气管路10、20连接。惰性气体出气管路52与低压承压储气囊3的进出气总管路30连接。
高压惰性气体进气管路51上设置入口电动蝶阀501、电动速关阀502和过滤器503，惰性气体出气管52上设置止回阀504和电动蝶阀505。
在流通高压惰性气体的管路上设置消防旁路电动阀506和消防旁路减压阀507，作为储能用高压惰性气体能够又被作为楼宇建筑和电化学储能的灭火介质，赋予本发明蓄能系统的楼宇防火功能。
其中，压缩机4的供电来源于谷电和储能电池。所述压缩机和透平发电机选取装机规模与楼宇用能负荷匹配，压缩机和透平发电机能优化负荷侧能源储存与调节。
所述楼宇综合储能系统为闭式储能系统，其储能工况包括以下流程：关闭透平发电机5的高压惰性气体进气管路51和惰性气体出气管52的阀，打开低压承压储气囊3的进出气支路31和进出气总管路30上的阀，打开压缩机4的惰性气体进气管路41和高压惰性气体出气管路42上的阀，打开生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2的高压气体进出气管路10、20上的阀；利用谷电或新能源电力（太阳能发电储存于蓄能电池）驱动压缩机4压缩惰性气体，压缩后高压气体先、后储存于生活用水气水共容箱体1和消防用水气水共容箱2中的高压承压储气囊109和209内，高压承压储气囊外部的水和高压承压储气囊内的高压惰性气体实现内外压力平衡。
本发明的发电工况包括以下流程：打开透平发电机5的高压惰性气体进气管路51和惰性气体出气管52的阀，打开低压承压储气囊3的进出气支路31和进出气总管路30上的阀，打开生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2的高压气体进出气管路10、20上的阀，关闭压缩机4的惰性气体进气管路41和高压惰性气体出气管路42上的阀；利用先后释放消防用水气水共容箱1和生活用水气水共容箱体2内的高压惰性气体冲击透平发电机5发电，做功后的惰性尾气存储于低压承压储气囊3中，从而实现储能系统介质充放的闭式循环；所述发电系统输出电能优先供给楼宇生活用电和电化学储能电池6蓄电，电化学储能电池6可为楼宇和充电桩7提供电能。
生活用水气水共容箱1和消防用水气水共容箱2顶部设有太阳能加热管板114和214，用于加热生活用水，保证楼宇生活用热水同时，还与惰性气体换热器111、211进行水循环，提高惰性气体温度，从而提高透平机发电机5效率。
本发明中所运用的惰性气体，亦可更换为非惰性气体，同样满足系统性能要求。如循环介质为惰性气体时，亦可作为楼宇建筑和电化学储能的灭火介质，系统设置惰性气体消防气体管道旁路，消防气体旁路设置切断阀506和减压阀507。
本发明中，低压承压储气囊可采用氢化丁腈橡胶，可抗环境污染腐蚀。高压承压储气囊采用IIR丁基橡胶材质，具有良好的承压、防撕裂性能。
凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，包括太阳能加热管板、储能电池和充电桩；其特征在于所述楼宇负荷侧综合储能系统还包含气水共容箱、低压承压储气囊、压缩机和透平发电机；所述气水共容箱包括楼宇的生活用水气水共容箱和消防用水气水共容箱；气水共容箱内设置高压承压储气囊；
低压承压储气囊设置进出气管路，所述气水共容箱设置进出水管路和高压气体进出气管路，高压承压储气囊与高压气体进出气管路连接；所述压缩机设置气体进气管路和高压气体出气管路；透平发电机设置高压气体进气管路和气体出气管路；各管路分别设置关断阀组；
低压承压储气囊的进出气管路与透平发电机的气体出气管路和压缩机的气体进气管路连接，压缩机的高压气体出气管路和透平发电机的高压气体进气管路与高压气体进出气管路连接；
生活用水气水共容箱设置热平衡装置，所述热平衡装置的热源来自压缩后产生高温的高压气体以及太阳能加热管板与生活用水气水共容箱之间的水循环。
2.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述压缩机的供电来源于区域电网的谷电电力或新能源电力；所述楼宇负荷侧综合储能系统的储能工况包括以下流程：关闭透平发电机的高压气体进气管路和气体出气管的阀，打开低压承压储气囊的进出气管路上的阀，打开压缩机的气体进气管路和高压气体出气管路上的阀，打开气水共容箱的高压气体进出气管路上的阀；利用谷电电力或新能源电力来驱动压缩机压缩气体，压缩后的高压气体储存于气水共容箱体的高压承压储气囊内；
所述楼宇负荷侧综合储能系统的发电工况包括以下流程：打开透平发电机的高压气体进气管路和气体出气管路的阀，打开低压承压储气囊的进出气管路上的阀，打开气水共容箱的高压气体进出气管路上的阀，关闭压缩机的气体进气管路和高压气体出气管路上的阀；利用释放气水共容箱内的高压气体冲击透平发电机发电，做功后的乏气存储于低压承压储气囊中。
3.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述生活用水气水共容箱设置气侧变容区域和液侧变容区域，气侧变容区域和液侧变容区域间设置所述热平衡装置，加热生活用水。
4.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于消防用水气水共容箱设置气侧变容区域和液侧变容区域，气侧变容区域和液侧变容区域间设置热平衡装置，防止消防用水结冰，所述消防用水气水共容箱的热平衡装置的热源来自压缩后产生高温的高压气体以及太阳能加热管板与消防用水气水共容箱之间的水循环。
5.如权利要求1、2、3或4所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述热平衡装置包括热管，所述高压承压储气囊依靠气水共容箱内支撑结构悬吊于气水共容箱内部；所述气水共容箱设置多组悬挂装置，热管与悬挂装置连接，被悬挂设置。
6.如权利要求5所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述悬挂装置包括吊索，热管的上部与吊索连接，其下部插入高压承压储气囊中；热管的中部与高压承压储气囊密封连接。
7.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述低压承压储气囊布置于楼宇顶部，并配置气囊架框结构，所述低压承压储气囊设置在气囊框架中；所述气囊框架呈阵列式地排布设置，一一安装固定各个低压承压储气囊，并且，所述气囊框架的顶部形成平台，上部设置气水共容箱、压缩机和透平发电机。
8.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于所述气体为惰性气体，惰性气体还供楼宇消防用，所述楼宇综合储能系统流通高压惰性气体的管路设置消防气体旁路管道。
9.如权利要求1所述的源网荷储一体化的楼宇负荷侧综合储能系统，其特征在于气水共容箱内设置气体连接管路，气体连接管路一端与高压气体进出气管路连接，另一端和高压承压储气囊连接，气体连接管路设置为换热器中流通高压气体的管路。
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